第十四 五章光学.pptVIP

* 光学 一、光的直线传播 二、反射 平面镜成像 三、折射与全反射 四、棱镜 五、光的波动性 六、光的粒子性 七、光的波粒二象性 总述 几何光学 物理光学 习题讲解 光源? 发光的物体．分两大类：点光源和扩展光源．点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合． 基本概念 光线——表示光传播方向的几何线． 光束: 通过一定面积的一束光线．它是通过一定截面光线的集合 光速——光传播的速度。光在真空中速度最大。恒为C=3×108m/s。丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光速。 实像——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的． 虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。 本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区． 半影——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域． 基本规律 （5）光路可逆原理 光线逆着反射线或折射线方向入射， 将沿着原来的入射线方向反射或折射． （1）光的直线传播规律 在同一种均匀介质中沿直线传播。 小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。 （2）光的独立传播规律? 光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱， 保持各自的规律继续传播。 （3）光的反射定律? 反射线、入射线、法线共面；反射线 与入射线分布于法线两侧；反射角等于入射角。 （4）光的折射定律? 折射线、入射线、法线共面，折射线 和入射线分居法线两侧；对确定的两种介质， 入射角（i）的正弦和折射角（r）的正弦之比是一个常数． 介质的折射率 n=sini/sinr=c/v。 全反射条件 ①光从光密介质射向光疏介质； ②入射角大于临界角C，sinC=1/n。 常用光学器件及其光学特性 （2）棱镜 光密介质的棱镜放在光疏介质的环境中，入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。隔着棱镜看到物体的像向顶角偏移。 棱镜的色散作用 复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。 （1）平面镜? 点光源发出的同心发散光束，经平面镜反射后，得到的也是同心发散光束．能在镜后形成等大的、正立的虚像，像与物对镜面对称。 人类对光本性的认识发展过程 （1）微粒说（牛顿）基本观点? 认为光像一群弹性小球的微粒。实验基础 :光的直线传播、光的反射现象。困难问题:无法解释两种媒质界面同时发生的反射、折射现象以及光的独立传播规律等。 （2）波动说（惠更斯）基本观点 认为光是某种振动激起的波（机械波）。实验基础?:光的干涉和衍射现象。 ①光的干涉现象——杨氏双缝干涉实验 条件:? 两束光频率相同、相差恒定。 现象:? 出现中央明条，两边等距分布的明暗相间条纹。 解释:? 屏上某处到双孔（双缝）的路程差是波长的整数倍（半个波长的偶数倍）时，两波同相叠加，振动加强，产生明纹；两波反相叠加，振动相消，产生暗纹。应用检查平面、测量厚度、增强光学镜头透射光强度（增透膜）． ②光的衍射现象——单缝衍射（或圆孔衍射） 条件: 缝宽（或孔径）可与波长相比拟。 现象:? 出现中央最亮最宽的明纹，两边不等距的明暗相间条纹（或明暗相间的圆环）。 困难问题:? 难以解释光的直进、寻找不到传播介质。 △x为相邻明纹或暗纹间距；L为双缝到屏的距离；d为双缝间距 人类对光本性的认识发展过程 （3）电磁说（麦克斯韦）基本观点? 认为光是一种电磁波。 实验基础?: 赫兹实验（证明电磁波具有跟光同样的性质和波速）。 各种电磁波的产生机理?? 无线电波?? 自由电子的运动；红外线、可见光、紫外线?? 原子外层电子受激发；x射线?? 原子内层电子受激发；γ射线?? 原子核受激发。可见光的光谱? 发射光谱——连续光谱、明线光谱；吸收光谱（特征光谱)。 困难问题? 无法解释光电效应现象。 （4）光子说（爱因斯坦）基本观点? 认为光由一份一份不连续的光子组成每份光子的能量E=hν。实验基础? 光电效应现象。现象 ①入射光照到光电子发射几乎是瞬时的； ②入射光频率必须大于金属的极限频率ν0。 ③当ν＞v。时，光电流强度与入射光强度成正比； ④光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随着入射光的频率增大而增大。 解释 ①光子能量可以被电子全部吸收．不需能量积累过程； ②表面电子克服金属原子核引力逸出至少需做功（逸出功）hν。 ③入射光强。单位时间内入射光子多，产生光电子多； ④入射光子能量只与其频率有关，入射至金属表面，除用于逸出功外。其余转化为光电子初动能。 困难问题?